Notes et explications: Équivalence énergétique de différents scénarios de changement climatique

J’ai d’abord fait ces calculs par curiosité personnelle, mais mon objectif en les expliquant et en les présentant, c’est surtout de favoriser une meilleure compréhension de l’ordre de magnitude, au niveau énergétique, que les changements climatiques représentent à l’échelle de l’écosystème terrestre.

Pour être honnête, faire exploser une bombe nucléaire entraine une multitude de conséquences complexes sur l’environnement. Pour ce calcul, je ne prends en considération que l’énergie libérée par les explosions nucléaires dans l’écosystème terrestre. Dans les faits, si plusieurs explosions nucléaires subvenaient, il est à prévoir que nous assisterions à un refroidissement climatique important (ie: un hiver nucléaire), entre autres parce que ces explosions entraineraient la formation de nuages de poussière qui bloqueraient les rayons du soleil [1].

Je suis d’avis que pour persister malgré les changements climatiques, l’espèce humaine devra développer des moyens afin « d’organiser », du moins en partie, l’énergie dans l’écosystème planétaire en des formes moins chaotiques, ou minimalement en des formes moins hostiles à la survie humaine. En ce sens, j’ai l’impression que la comparaison avec des bombes nucléaires est un outil de vulgarisation qui permet une meilleure compréhension de la tâche à accomplir en tant qu’espèce.

Cet exercice n’a pas une prétention scientifique, j’ai négligé de prendre en compte une tonne de variables et j’ai fait une tonne d’approximation et de généralisation. Cela dit, j’ai fait attention d’être généralement conservateur dans le choix de mes données. J’aurais tendance à croire qu’un calcul adéquat révélerait des nombres encore plus élevés.

Une dernière chose avant de rentrer dans le détail de mes calculs. Il est normal d’être pessimiste face au changement climatique, c’est un phénomène monstre qui va bouleverser le monde tel qu’on le connait. Cela dit, ce n’est pas parce qu’une tâche est difficile qu’elle est impossible et ce n’est pas parce qu’une catastrophe est déjà en cours qu’il ne faudrait pas l’arrêter. Je suis, je dois l’avouer, relativement pessimiste sur la question climatique, je crois qu’il est plus probable qu’improbable qu’il soit trop tard. Cela dit, je crois que sur cette question, il convient nécessairement de se nourrir de faux espoirs. J’ai peu de convictions quant au fait que nous puissions changer les choses, mais je suis certains que si nous ne tentons rien, nous échouerons certainement.

Cela étant dit, voici pour les détails du calcul :

On sait que le diamètre de la planète est de 12 742 000 de mètres, que 71% de sa surface est de l’eau et donc que le reste (29%) est du sol.

J’ai estimé que le réchauffement de surface des points d’eau se limiterait au 25 premier mètres.

Pour la surface, on considère généralement que seuls les premiers mètres sont substantiellement influencés par les conditions de surface. Par-delà les 10 à 15 mètres, c’est la température irradiante du manteau qui détermine principalement la température. Je n’ai donc pris en considération que les 10 premiers mètres de terre.

Pour l’air, j’ai retenu que seuls les 8 000 premiers mètres de l’atmosphère (un peu – que le sommet de l’Everest) ne seraient affectés par le réchauffement climatique.

La formule de détermination du volume d’une sphère est :

Pour déterminer le volume pertinent, il faut donc déterminer le volume de la planète et y soustraire le volume de la planète à la profondeur visée (technique de détermination du volume d’une sphère creuse). Ensuite, l’on multiplie ce volume par le pourcentage de la planète couvert par la surface concernée. Pour l’air, il faut calculer le volume de la planète avec 8 km d’atmosphère et lui soustraire le volume de la planète sans atmosphère.

Ainsi, on trouve donc que la planète, en tant que sphère pleine, a un volume de 135 400 880 901 536 000 000 m3. À 25 mètres de profondeur, le volume interne de la terre est de 135 399 286 956 124 000 000 m3, à 10 mètres, il est de 135 400 243 321 870 000 000m3, et à 8000 mètres d’altitude, il est de 135 911 586 185 770 000 000 m3.

Nous obtenons donc des volumes respectifs de 1 131 701 242 527 090 m3 d’eau, 184 898 103 144 120 m3 de sol et 510 705 284 233 986 000 m3 d’air.

Il faut maintenant déterminer la masse de ces différentes couches. Pour l’eau, légèrement au-dessus du point de congélation, la masse volumique est de presque 1g par cm3, ce qui se traduit en 999.87 kg par m3. Pour le sol, nous avons pris la masse volumique des roches de surface données par l’université Le Mans, soit 2 700 kg par m3 [2]. Pour l’air, le U.S. Standard Atmosphere Air Properties établit qu’à 4000 m d’altitude (altitude moyenne de la couche atmosphérique), il a une masse de 0.8194 kg par m3 [3].

Conséquemment, la masse des matières à chauffer est donc de 1 131 554 121 365 560 000 kg d’eau, 499 224 878 489 125 000 kg de roche de surface et 418 471 909 901 328 000 kg d’air. Pour déterminer l’énergie nécessaire afin de chauffer une certaine masse d’une matière donnée, il faut obtenir la capacité thermique de cette matière.

Selon les données publiées par l’Université d’État de Pennsylvanie, la capacité thermique de l’eau est de 4184 joules par degré centigrade par kilogramme (j/c/kg), celle d’une roche commune est de 2000 j/c/kg et l’air est à 700 j/c/kg [4].

Nous n’avons plus qu’à multiplier la masse des matières par leurs capacités thermique pour déterminer la quantité nécessaire d’énergie afin de produire un réchauffement d’un degré centigrade.

Nous avons retenu 4 scénarios de réchauffement : 1.1˚C, 1.5˚C, 2.4˚C et 6.4˚C. Ces estimations représentent pour les deux premiers des scénarios « optimistes », pour le troisième un scénario « réaliste », et pour le dernier un scénario « catastrophe ». Ces estimations proviennent du groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat [5], ainsi que de l’Institut pour le futur de l’humanité. [6]

Énergie nécessaire des projections de réchauffement climatique
(en terajoules)

Tableau de l'énergie nécessaire afin d'augmenter la température de la masse de matière selon différents scénariosAfin de rendre intelligibles ces données, nous avons choisi de les comparer à des éléments plus « concrets ».  Soit différentes explosions nucléaires, ainsi que la production énergétique des États-Unis et la production d’énergie mondiale. Les données sur l’énergie dégagée par différentes armes nucléaires ont été extraites du Physics Fact Book (la bombe de Hiroshima (63 tj), celle de Nagasaki (84 tj), la bombe Tsar (la bombe la plus puissante jamais testée(240 000 tj)) [7], l’estimation de l’énergie dégagée par l’ensemble des tests nucléaires provient du Bulletin of the Atomic Scientists (2 135 095 tj) [8], les données relatives à la production énergétique des États-Unis proviennent de Statistica (15 490 800 tj) [9], et la consommation énergétique mondiale provient de l’Agence Internationale de l’Énergie (392 889 600 tj) [10]. Nous avons retenus comme unité de comparaison l’énergie produite par tous les essais nucléaires avant 1996 (2 135 095 tj), la production énergétique américaine en 2015 (15 490 800 tj) et la consommation énergétique mondiale en 2015 (392 889 600 tj).

Équivalence énergétique des projections de réchauffement climatique Tableau synthèse des équivalences

Sources :

1) http://climate.envsci.rutgers.edu/pdf/RobockNW2006JD008235.pdf

2) http://geosciences.univ-lemans.fr/wa_files/Masse_20et_20densit_C3_A9_20de_20la_20Terre.pdf

3) https://www.engineeringtoolbox.com/standard-atmosphere-d_604.html

4) https://www.e-education.psu.edu/earth103/node/1005

5) https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/spmsspm-projections-of.html

6) https://futureoflife.org/2018/03/08/can-global-warming-kept-1-5-degrees-views-differ-among-climate-scientists/

7) https://hypertextbook.com/facts/2000/MuhammadKaleem.shtml

8) https://books.google.ca/books?id=xAwAAAAAMBAJ&pg=PA63&dq=510.3&as_pt=MAGAZINES&ei=0VpnSuGLLoWQNuSdnaAB&redir_esc=y#v=onepage&q=510.3&f=false

9) https://www.statista.com/statistics/220174/total-us-electricity-net-generation-by-fuel/

10) https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2017.pdf

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